RU2276334C1 - Radiowave level meter - Google Patents

Radiowave level meter Download PDF

Info

Publication number
RU2276334C1
RU2276334C1 RU2005103147/28A RU2005103147A RU2276334C1 RU 2276334 C1 RU2276334 C1 RU 2276334C1 RU 2005103147/28 A RU2005103147/28 A RU 2005103147/28A RU 2005103147 A RU2005103147 A RU 2005103147A RU 2276334 C1 RU2276334 C1 RU 2276334C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
coaxial
wave guide
reflected signal
antenna
Prior art date
Application number
RU2005103147/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Михайлович Косов (RU)
Олег Михайлович Косов
Клавдий Васильевич Юрьев (RU)
Клавдий Васильевич Юрьев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус"
Priority to RU2005103147/28A priority Critical patent/RU2276334C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2276334C1 publication Critical patent/RU2276334C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: measuring engineering.
SUBSTANCE: radiowave level meter comprises microwave generator with linear frequency of modulation, receiver of the reflected signal, aerial-feeder path, converter of linear polarization into the circular one, and aerial for emitting and receiving the reflected signal. The aerial-feeder path consists of coaxial wave guide adapter defined by shorted section of the wave guide from one side and two coaxial probes whose axes are mutual perpendicular and are perpendicular to the axis of the wave guide. The cross-section of the wave guide of the coaxial wave guide adapter is cross-shaped. The ratio of the minimum distance between the opposite walls to the maximum distance between the opposite walls ranges from 0.6 to 0.7.
EFFECT: decreased error of measurements.
4 dwg

Description

Изобретение относится к технике контроля и измерения уровня жидких и сыпучих веществ.The invention relates to techniques for monitoring and measuring the level of liquid and bulk solids.

Известны радиоволновые измерители уровня - импульсные [1, с.94], зондирующий сигнал которого представляет собой короткий радиоимпульс, по времени прохождения которого до поверхности среды и обратно производится оценка расстояния.Known radio wave level meters - pulsed [1, p. 94], the probing signal of which is a short radio pulse, the distance is estimated by the time it takes to reach the surface of the medium and back.

Для измерения расстояний, не превышающих нескольких десятков метров (диапазон, характерный для измерения уровня на технологических объектах) необходимы зондирующие импульсы длительностью не более десятых долей наносекунды. При этом резко возрастают требования, предъявляемые к низкочастотным узлам прибора, и применение указанных измерителей не приводит к удовлетворительным результатам по точности.To measure distances not exceeding several tens of meters (the range characteristic of level measurement at technological objects) probing pulses with a duration of not more than tenths of a nanosecond are necessary. At the same time, the requirements for low-frequency components of the device sharply increase, and the use of these meters does not lead to satisfactory accuracy results.

Известен выбранный в качестве прототипа радиоволновый измеритель уровня с использованием линейной частотной модуляции СВЧ сигнала [1, с.95], содержащий СВЧ генератор с линейной частотной модуляцией, приемник отраженного сигнала, антенно-фидерный тракт, а также антенны излучения и приема отраженного сигнала, в котором частота отраженного сигнала отличается от частоты сигнала генератора из-за задержки во времени и измерение расстояния сводится к измерению частоты биений двух сигналов, при этом точность измерений повышается при увеличении девиации частоты.Known as a prototype of a radio wave level meter using linear frequency modulation of a microwave signal [1, p. 95], containing a microwave generator with linear frequency modulation, a reflected signal receiver, antenna-feeder path, as well as radiation antenna and receiving the reflected signal, where the frequency of the reflected signal differs from the frequency of the signal of the generator due to a time delay and the distance measurement is reduced to measuring the beat frequency of two signals, while the measurement accuracy increases with increasing frequency deviation.

При использовании одной антенны для излучения и приема электромагнитных волн падающая и отраженная волны передаются по одному и тому же волноводу. Для их разделения нередко используется поляризационный принцип, который реализуется в волноводе круглого сечения и в котором обе волны линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях [2]. При этом один из зондов (рис.IX.74), соединенный с генератором СВЧ, возбуждает в круглом волноводе волну Н11 вертикальной поляризации. Преобразователь преобразует линейную поляризацию в волну круговой поляризации, излучаемую антенной. Отраженная от цели волна, пройдя в обратном направлении антенну и поляризатор, будет снова линейно поляризована, но в горизонтальной плоскости и через другой зонд поступает в приемник отраженного сигнала. Таким образом, зонды развязаны, то есть мощный сигнал от генератора не поступает непосредственно в приемник отраженного сигнала, а только после отражения от цели. Вышесказанное справедливо пока в волноводе распространяется только волна основного типа Н11. Когда же в волноводе возникают условия для распространения одного или нескольких высших типов волн, картина распределения полей в волноводе резко изменяется, устройство становиться неработоспособным.When using one antenna for emission and reception of electromagnetic waves, the incident and reflected waves are transmitted along the same waveguide. To separate them, the polarization principle is often used, which is implemented in a circular waveguide and in which both waves are linearly polarized in mutually perpendicular planes [2]. In this case, one of the probes (Fig. IX.74) connected to a microwave generator excites a vertical polarized wave H 11 in a circular waveguide. The converter converts the linear polarization into a circularly polarized wave emitted by the antenna. The wave reflected from the target, passing in the opposite direction of the antenna and the polarizer, will again be linearly polarized, but in the horizontal plane and through another probe it enters the receiver of the reflected signal. Thus, the probes are isolated, that is, a powerful signal from the generator does not directly enter the receiver of the reflected signal, but only after reflection from the target. The foregoing is true so far only a wave of the main type H 11 propagates in the waveguide. When conditions arise in the waveguide for the propagation of one or more higher types of waves, the distribution pattern of the fields in the waveguide changes dramatically, the device becomes inoperative.

Теоретически одноволновый режим работы любого волновода лежит между критической длиной волны основного типа λкр.0 и критической длиной волны ближайшего высшего типа λкр.1.Theoretically, the single-wave mode of operation of any waveguide lies between the critical wavelength of the main type λ cr 0 and the critical wavelength of the nearest higher type λ cr 1 .

На практике вблизи критических волн работать нельзя из-за резкого ухудшения характеристик любых волноводных устройств и рабочий диапазон лежит в пределах:In practice, it is impossible to work near critical waves due to a sharp deterioration in the characteristics of any waveguide devices and the operating range lies within:

Figure 00000002
Figure 00000002

для круглого волновода λкр.0=1,706d (где d - диаметр волновода), а λкр.1=1,3 06d и исходя из критерия (1) рабочий диапазон круглого волновода ограничен одной точкой λ=1,37d, что существенно ограничивает допустимую девиацию частоты и в конечном счете увеличивает погрешность измерения уровня.for a circular waveguide, λcr 0 = 1.706d (where d is the diameter of the waveguide), and λcr.1 = 1.3 06d and based on criterion (1), the working range of the circular waveguide is limited to one point λ = 1.37d, which is significant limits the permissible frequency deviation and ultimately increases the level measurement error.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности измерения уровня за счет увеличения широкополосности волноводного тракта.The objective of the invention is to reduce the error of level measurement by increasing the broadband waveguide path.

Технический результат достигается тем, что в радиоволновом измерителе уровня жидкости, содержащем сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор с линейной частотной модуляцией, приемник отраженного сигнала, антенно-фидерный тракт, состоящий из коаксиально-волноводного перехода, образованного короткозамкнутым с одной стороны отрезком волновода и двумя коаксиальными зондами, оси которых расположены перпендикулярно друг другу и к оси волновода, преобразователя линейной поляризации в круговую, а также антенны излучения и приема отраженного сигнала, в отличие от известного, волновод коаксиально-волноводного перехода выполнен крестообразного сечения с отношением расстояния между наименее удаленными противоположными стенками к расстоянию между наиболее удаленными противоположными стенками, лежащим в пределах 0,6÷0,7.The technical result is achieved by the fact that in a radio wave liquid level meter containing a microwave frequency generator with linear frequency modulation, a reflected signal receiver, an antenna-feeder path, consisting of a coaxial-waveguide junction formed by a short-circuited segment of the waveguide and two coaxial probes whose axes are perpendicular to each other and to the axis of the waveguide, the linear to circular polarization transducer, and also the radiation and reception antennas of the reflected signal ala, unlike the conventional waveguide coaxial-waveguide transition is made cruciform cross section with a ratio of the distance between opposite walls remote least to the distance between the outermost opposed walls lying in the range 0.6 ÷ 0.7.

Замена круглого волновода крестообразным с предлагаемым соотношением расстояния между наименее удаленными противоположными стенками α к расстоянию наиболее удаленным противоположными стенками L, лежащим в пределах 0,6÷0,7 позволяет увеличить широкополосность волнового тракта, что в свою очередь позволяет увеличить девиацию частоты и, соответственно, уменьшает погрешность измерения уровня.Replacing a circular waveguide with a cross-shaped one with the proposed ratio of the distance between the least distant opposite walls α to the distance with the most distant opposite walls L, lying in the range 0.6 ÷ 0.7, allows increasing the broadband of the wave path, which in turn allows increasing the frequency deviation and, accordingly, reduces the error of level measurement.

Суть изобретения поясняется фиг.1-4, на которых приведены:The essence of the invention is illustrated in figures 1-4, which show:

на фиг.1 - блок-схема заявляемого радиоволнового измерителя уровня жидкости;figure 1 is a block diagram of the inventive radio wave liquid level meter;

на фиг.2 - схема антенно-фидерного тракта;figure 2 - diagram of the antenna-feeder path;

на фиг.3 - сечение по стрелке А-А;figure 3 is a section along the arrow aa;

на фиг.4 - зависимость широкополосности волновода от отношения сторон.figure 4 - dependence of the broadband waveguide on the aspect ratio.

Радиоволновый измеритель уровня жидкости содержит СВЧ генератор 1 с линейной частотной модуляцией, антенно-фидерный тракт, состоящий из коаксиально-волноводного перехода 2, образованного короткозамкнутым с одной стороны отрезком волновода и двумя коаксиальными зондами 3, 4, оси которых расположены перпендикулярно друг другу и к оси волновода, преобразователь линейной поляризации в круговую 5, антенну 6 излучения и приема отраженного сигнала, а также приемник отраженного сигнала 7.The radio wave liquid level meter contains a microwave frequency generator 1 with linear frequency modulation, an antenna-feeder path, consisting of a coaxial waveguide transition 2, formed by a short-circuited segment of the waveguide and two coaxial probes 3, 4, whose axes are perpendicular to each other and to the axis waveguide, linear to circular polarization converter 5, antenna 6 for radiation and reception of the reflected signal, and also a receiver of the reflected signal 7.

В отличие от известного в предлагаемом радиоволновом измерителе уровня жидкости волновод коаксиально-волноводного перехода выполнен крестообразного сечения с отношением расстояния между наименее удаленными противоположными стенками к расстоянию наиболее удаленным противоположными стенками, лежащим в пределах 0,6÷0,7.In contrast to the known in the proposed radio wave liquid level meter, the coaxial waveguide transition waveguide is made in cross-section with the ratio of the distance between the least distant opposite walls to the distance of the most distant opposite walls, lying within 0.6 ÷ 0.7.

СВЧ генератор 1 является источником СВЧ колебаний, частота которых изменяется по линейному закону, и может быть выполнен на микросхемах HMC385LP4 Hittite Microwave Corp. Коаксиально-волноводный переход 2 состоит из отрезка волновода крестообразного сечения и двух зондов 3 и 4, ориентированных перпендикулярно друг другу и к оси волновода.Microwave generator 1 is a source of microwave oscillations, the frequency of which varies linearly, and can be performed on HMC385LP4 Hittite Microwave Corp. Coaxial waveguide transition 2 consists of a segment of a cross-sectional waveguide and two probes 3 and 4 oriented perpendicular to each other and to the axis of the waveguide.

При подаче сигнала СВЧ генератора 1 на один из зондов 3 в волноводе возбуждаются колебания с вертикальной поляризацией, которые не возбуждают другой зонд 4 в силу ортогональности. Линейно-поляризованный сигнал поступает на поляризатор 5, на выходе которого получаем волну с круговой поляризацией, излучаемую антенной 6 в пространство, например, в емкость, частично заполненную веществом.When a microwave generator 1 signal is applied to one of the probes 3, oscillations with vertical polarization are excited in the waveguide, which do not excite the other probe 4 due to orthogonality. The linearly polarized signal is fed to the polarizer 5, at the output of which we obtain a circularly polarized wave emitted by the antenna 6 into space, for example, into a container partially filled with matter.

Сигнал круговой поляризации, отраженный от границы раздела "воздух-жидкость", поступает в ту же антенну 6, затем на преобразователь линейной поляризации в круговую 5, где преобразовывается в волну линейно-поляризованную, но уже в горизонтальной плоскости, поэтому отраженный сигнал возбуждает зонд СВЧ генератора.The circular polarization signal reflected from the air-liquid interface enters the same antenna 6, then to the linear polarization transducer 5, where it is converted to a linearly polarized wave, but already in the horizontal plane, so the reflected signal excites a microwave probe generator.

В приемнике отраженного сигнала 7, который может быть выполнен на микросхемах HMC220MS8 Hittite Microwave Corp, сигнал смешивается с частью сигнала СВЧ генератора 1 и в смесителе приемника отраженного сигнала 7 выделяется разностная частота, пропорциональная времени задержки, пропорциональная времени задержки отраженного сигнала и несущая информацию об измеряемом уровне жидкости. Погрешность измерения существенно зависит от девиации частоты, то есть от широкополосности антенно-фидерного тракта, в особенности от коаксиально-волноводного перехода, который может в принципе возбудить волны высших типов, если размеры волновода допускают их распространение.In the receiver of the reflected signal 7, which can be performed on the HMC220MS8 Hittite Microwave Corp microcircuit, the signal is mixed with a part of the signal of the microwave generator 1 and in the mixer of the receiver of the reflected signal 7 a difference frequency is allocated proportional to the delay time, proportional to the delay time of the reflected signal and carrying information about the measured fluid level. The measurement error substantially depends on the frequency deviation, i.e., on the broadband of the antenna-feeder path, in particular on the coaxial waveguide transition, which can, in principle, excite higher types of waves if the dimensions of the waveguide allow their propagation.

Выбором определенного соотношения размеров волновода может быть обеспечен одноволновый режим работы в достаточно широкой полосе частот. На фиг.4 приведен график зависимости коэффициента перекрытия q=λкр.0кр.1, характеризующего широкополосность волновода от отношения его размеров, из которого видно, что предлагаемая замена круглого волновода крестообразным с соотношением сторон α/L в пределах 0,6÷0,7 дает коэффициент перекрытия q 1,56. Для рабочего диапазона волн с учетом ограничения (1) коэффициент перекрытия qраб 1,19, т.е. возможна работа в полосе 19%, что позволяет обеспечить малую погрешность.The choice of a certain ratio of waveguide sizes can provide a single-wave mode of operation in a fairly wide frequency band. Figure 4 shows a graph of the dependence of the overlap coefficient q = λ cr 0 / λ cr 1 , characterizing the broadband waveguide on the ratio of its sizes, which shows that the proposed replacement of a circular waveguide cross-shaped with an aspect ratio of α / L within 0.6 ÷ 0.7 gives an overlap coefficient q of 1.56. For the working wave range, taking into account the constraint (1), the overlap coefficient q slave 1.19, i.e. operation in the 19% band is possible, which allows for a small error.

ЛитератураLiterature

1. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Савлуков "Радиоволновые измерения параметров технологических процессов". - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.99.1. V.A. Viktorov, B.V. Lunkin, A.S. Savlukov "Radio wave measurements of technological process parameters". - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 99.

2. Саусворт. "Принципы и применения волноводной передачи". "Сов.радио", 1955, cc. 362, 363.2. Southworth. "Principles and applications of waveguide transmission." Sov.radio, 1955, cc. 362, 363.

Claims (1)

Радиоволновый измеритель уровня жидкости, содержащий СВЧ-генератор с линейной частотной модуляцией, приемник отраженного сигнала, антенно-фидерный тракт, состоящий из коаксиально-волноводного перехода, образованного короткозамкнутым с одной стороны отрезком волновода и двумя коаксиальными зондами, оси которых расположены перпендикулярно друг другу и оси волновода, преобразователя линейной поляризации в круговую, а также антенны излучения и приема отраженного сигнала, отличающийся тем, что волновод коаксиально-волноводного перехода выполнен крестообразного сечения с отношением расстояния между наименее удаленными противоположными стенками к расстоянию между наиболее удаленными противоположными стенками, лежащим в пределах 0,6÷0,7.A radio wave liquid level meter containing a linear frequency modulated microwave generator, a reflected signal receiver, an antenna-feeder path, consisting of a coaxial waveguide transition formed by a short-circuited segment of the waveguide and two coaxial probes whose axes are perpendicular to each other and the axis a waveguide, a linear to circular polarization converter, as well as an antenna for radiation and reception of a reflected signal, characterized in that the waveguide is a coaxial waveguide transition is formed with a cruciform cross-section ratio of the distance between opposite walls remote least to the distance between the outermost opposed walls lying in the range 0.6 ÷ 0.7.
RU2005103147/28A 2005-02-09 2005-02-09 Radiowave level meter RU2276334C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103147/28A RU2276334C1 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Radiowave level meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103147/28A RU2276334C1 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Radiowave level meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2276334C1 true RU2276334C1 (en) 2006-05-10

Family

ID=36657210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005103147/28A RU2276334C1 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Radiowave level meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2276334C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9046404B2 (en) 2010-12-16 2015-06-02 Vega Grieshaber Kg Measuring apparatus, control apparatus and measuring device for fill-level measuring
RU2652261C2 (en) * 2013-03-12 2018-04-27 Роузмаунт Танк Радар Аб Radar level gauging with signal division
RU201679U1 (en) * 2020-08-12 2020-12-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" DEVICE FOR DIAGNOSTICS AND CONTROL BY RADIO WAVE METHOD OF POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Саусворт Дж. К. "Принципы и применение волноводной передачи", "Сов. радио", 1955, стр.362, 363. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9046404B2 (en) 2010-12-16 2015-06-02 Vega Grieshaber Kg Measuring apparatus, control apparatus and measuring device for fill-level measuring
RU2552573C2 (en) * 2010-12-16 2015-06-10 Фега Грисхабер Кг Instrumentation device, control unit and instrument for filling level measurement
RU2652261C2 (en) * 2013-03-12 2018-04-27 Роузмаунт Танк Радар Аб Radar level gauging with signal division
RU201679U1 (en) * 2020-08-12 2020-12-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" DEVICE FOR DIAGNOSTICS AND CONTROL BY RADIO WAVE METHOD OF POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7068213B2 (en) Level meter
CN103017866B (en) Using the multifrequency pulse ripple radar levelmeter amount apart from approximation
EP3077777B1 (en) Multi-mode pulsed radar providing automatic transmit pulse signal control
US9175700B2 (en) Method and apparatus for detecting the position of a piston of a piston cylinder through the use of microwaves
US6759976B1 (en) Method and apparatus for radar-based level gauging
JP2013510295A (en) Digitally controlled UWB millimeter wave radar
CN104048729B (en) The radar level gauge divided with signal
US9746366B2 (en) Radar level gauging
RU2276334C1 (en) Radiowave level meter
US10534077B2 (en) Proximity sensor and method for measuring the distance from an object
RU2504739C1 (en) Device for determining fluid level in container
CN104977311A (en) Radar type microwave water measuring apparatus
Ayhan et al. FMCW radar in oil-filled waveguides for range detection in hydraulic cylinders
US20130033393A1 (en) System and Method for Suppressing Interference in Frequency-Modulated Radar Systems
US10801873B2 (en) System and method for determining level and density distribution
CN100367011C (en) Method and apparatus for radar-based level gauging
RU2528131C1 (en) Contactless radiowave device to measure thickness of dielectric materials
RU2655746C1 (en) Method of level measurement and radio range station with frequency modulation
RU2597666C1 (en) Method of measuring mass flow rate of liquid media
JP3799524B2 (en) Microwave nondestructive evaluation system
JP7290828B2 (en) Measuring device and measuring method
CN215491512U (en) Single antenna displacement measuring device
CN212228169U (en) Radar level gauge of high frequency radar subassembly
RU2025669C1 (en) Vibration meter
RU2629706C1 (en) Method of measuring level of substance in capacity

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20070202